Predicción de la eficiencia de calentamiento de las nanopartículas magnéticas dentro del espacio intracelular

B. SANS; M. PILAR CALATAYUD; E. DE BIASI; E. LIMA JR.; M. VASQUEZ MANSILLA; R.D. ZYSLER; M.R. IBARRA; G.F. GOYA

S.C. de Bariloche

Conferencia; XVII Encuentro de Superficies y Materiales Nanoestructurados - NANO 2017; 2017

Comisión Nacional de Energía Atómica

La hipertermia con fluido magnético (MFH), como cualquier otro protocolo terapéutico, tiene como objetivo lograr el efecto terapéutico máximo con la concentración mínima de agente de calentamiento. Este objetivo requiere a priori un conocimiento preciso de la capacidad de calentamiento in vivo de agentes tales como nanopartículas magnéticas (MNP). La conclusión es que las propiedades magnéticas y reológicas de los coloides magnéticos (muestras ideales) son diferentes de las del ambiente intracelular, particularmente porque la aglomeración perturba los mecanismos de relajación magnética de las MNP y, por lo tanto, afecta la eficiencia de calentamiento. La MFH consiste en calentar un tejido o célula a una temperatura de 43-48°C. El mecanismo de calentamiento se basa en las pérdidas magnéticas de las MNP previamente internalizados bajo la acción de un campo magnético alternativo. Hasta ahora, los materiales magnéticos más ampliamente utilizados en aplicaciones clínicas y biomédicas son dos fases de óxido de hierro con una estructura de espinela, es decir, Fe3O4 (magnetita) y γ-Fe2O3  (maghemita). Las propiedades físicas y la toxicidad sistémica de estas MNPs han sido estudiadas e interpretadas. Por lo tanto, no es de extrañar que las nanopartículas de estos óxidos de hierro también hayan sido los materiales más utilizados para experimentos MFH. Aunque muchos estudios han tratado los mecanismos de calentamiento de estas MNPs en forma coloidal, sólo algunos han examinado cuantitativamente los mecanismos por los cuales la eficiencia de calentamiento es sistemáticamente menor bajo condiciones in vitro o in vivo (es decir, después de la internalización celular) y relacionarlos con los parámetros físicos y reológicos considerados al diseñar materiales para el calentamiento óptimos para aplicaciones terapéuticas.Esta presentación tiene como objetivo demostrar la necesidad de diseño in silico mediante simulación numérica para producir nanopartículas magnéticas magnéticas (MNP) óptimas para la hipertermia magnética minimizando el impacto de los ambientes intracelulares en la eficiencia de calentamiento. Al incluir los parámetros magnéticos relevantes, tales como la anisotropía magnética y las interacciones dipolares, en un modelo numérico, la eficiencia de calentamiento de los coloides preparados se preservó en el ambiente intracelular, proporcionando los mayores valores de absorción de energía específica in vitro (SPA). Las interacciones dipolares debidas a la aglomeración intracelular, que se incluyen en el SPA simulado, resultaron ser la principal causa de cambios en la dinámica de relajación magnética de los MNP bajo condiciones in vitro. Estos resultados allanan el camino para el diseño basado en magnetismo de MNPs que pueden retener su eficiencia de calentamiento in vivo, mejorando así el resultado de experimentos de hipertermia clínica.